JP4637440B2 - Manufacturing method of ceramic element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ZnO積層型バリスタ等のセラミック素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ZnO積層バリスタは、ZnOを主成分とする素体と、素体に埋設され且つ素体の一方の側面に導出された一方の内部電極と、素体に埋設され且つ素体の他方の側面に導出された他方の内部電極と、素体の一方の側面に配置された一方の外部電極と、素体の他方の側面に配置された他方の外部電極とから成る。外部電極は導電性ペ−ストの塗布及び焼付けで形成した導電体層と半田付性を改善するために導電体層の上にメッキで形成された金属層とから成る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ZnO積層バリスタのZnO粒子は半導体化されているので、酸に溶解し易く且つ酸素欠陥を生じ易い。このため、外部電極のメッキ層の形成時、及び回路基板にバリスタ素子を実装する時の半田フラックスの還元作用等によってバリスタの絶縁抵抗即ちIRの劣化が生じる。
この種の劣化はセラミック素体の露出表面に耐酸性、絶縁性及び緻密性を有する保護膜を形成することによってある程度防止できる。しかし、従来のセラミック素子では、セラミック素体の露出面のみに保護膜を形成していたので、保護膜と外部電極との境界からメッキ液及び半田フラックスが侵入し、これによる劣化が生じる恐れがあった。
以上、従来のZnO積層バリスタについて述べたが、セラミック積層コンデンサ、セラミック積層サ−ミスタ等の別のセラミック素子においても同様な問題がある。
また、良質な保護膜を容易に形成することができないという問題があった。
【0004】
そこで、本発明の目的は、劣化の防止を良好に達成することができるセラミック素子の製造方法を提供することにある。本発明の別の目的は良質な保護膜を容易に形成することができるセラミック素子の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、
セラミック素体と前記セラミック素体の外周面の一部に露出する端面を有するように前記セラミック素体に埋設され且つ加熱によって体積膨張する性質を有するPd又はPd−Agで形成されている内部電極とを備えたセラミック素子チップを用意する工程と、
前記セラミック素体の全外周面を覆い且つ0.05〜2μmの厚みを有し且つAlxOy、ここで、x及びyは任意の数値、で示すことができるアルミニウムの酸化物から成る保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を介して前記セラミック素体の外周面の一部を覆うように外部電極ペ−ストを塗布する工程と、
前記外部電極ペ−ストを500〜800℃の範囲の温度で焼付けることによって外部電極を形成すると同時に前記内部電極を体積膨張させて前記内部電極によって前記保護膜の一部を破り、前記内部電極と前記外部電極との間を電気的に接続する工程と
を有していることを特徴とするセラミック素子の製造方法に係るものである。
【0006】
なお、請求項2に示すように、更に、メッキ法によって前記外部電極の表面上に金属層を形成する工程を有していることが望ましい。
また、請求項に示すように、更に、前記保護膜の前記外部電極によって覆われていない部分を被覆するようにシリコーン樹脂層を形成する工程と、メッキ法によって前記外部電極の表面上に金属層を形成する工程とを有していることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記保護膜を高周波スパッタ方法で形成することが望ましい。
また、請求項に示すように、前記保護膜を化学気層成長法で形成することが望ましい。
【0007】
本発明に従うセラミック素体は、周知の種々のバリスタ用セラミック素体、コンデンサ用セラミック素体、サ−ミスタ用セラミック素体等である。
本発明に従う内部電極は、好ましくはPd即ちパラジウム電極であるが、これ以外の電極材料例えばPd−Ag電極等とすることもできる。
本発明に従う保護膜は、好ましくはAlxOyで示すことができるアルミニウムの酸化物であるが、保護機能を有し且つ内部電極の突き出しが可能であり且つ外部電極の下に残存するものであれば、別の材料でもよい。
本発明に従う外部電極は、保護膜と反応して保護膜を吸収しない材料で形成される。
本発明に従う樹脂層は、好ましくはシリコ−ン樹脂層であるが、同様な機能を有する高分子樹脂とすることもできる。
【0008】
【発明の効果】
本願請求項1〜の発明によれば、次の効果が得られる。
(1) 内部電極の突き出しによって破られた部分を除いてセラミック素体の全外周面が0.05〜2μmの厚みを有し且つAlxOy、ここで、x及びyは任意の数値、で示すことができるアルミニウムの酸化物から成る保護膜で被覆され、外部電極とセラミック素体との間にも保護膜が介在している。このため、従来のセラミック素子で生じる可能性があった外部電極とセラミック素体との境界におけるメッキ液、半田フラックス等の侵入を良好に防ぐことができる。
(2) 0.05〜2μmの厚みのAlxOyから成る保護膜はPd又はPd−Agから成る内部電極の膨張による突き出しによって破られるので、保護膜が内部電極と外部電極との電気的接続を妨害せず、内部電極と外部電極との電気的接続が容易に達成される
また、請求項の発明によればAlxOyからなる保護膜とシリコ−ン樹脂との組み合せによって劣化を生じさせる物質の浸入を良好に防止できる。
【0009】
【実施形態】
次に、図1〜図6を参照して実施形態に従うセラミック素子としてのZnO積層バリスタを説明する。
【0010】
このバリスタは、図1及び図2に示すように、バリスタ特性を得ることができ磁器素体即ちセラミック素体1と、第1及び第2の内部電極2、3と、第1及び第2の外部電極4、5と、保護膜6と、シリコン樹脂層7とから成る。
【0011】
セラミック素体1は、例えばZnO即ち酸化亜鉛から成る主成分に対して例えばPr611、CoO、CaCO3、SrCO3、SiO2、Al23から成る副成分を添加したものから成るグリ−ンシ−ト即ち未焼結磁器シ−トを積層して焼成したものから成り、バリスタ特性を有する。このセラミック素体1は、互いに対向する第1及び第2の主面8、9と、第1、第2、第3及び第4の側面10、11、12、13とを有する6面体即ち長方体である。
【0012】
2枚の第1の内部電極2及び2枚の第2の内部電極3はセラミック素体1の一部を介して対向するようにセラミック素体1に埋設されている。第1の内部電極2はセラミック素体1の第1の側面10から露出した端面を有する。第2の内部電極3はセラミック素体1の第2の側面11から露出した端面を有する。第1及び第2の内部電極2、3は、Pd即ちパラジゥムから成る。
【0013】
第1及び第2の外部電極4、5はセラミック素体1の互いに対向する第1及び第2の側面8、9を保護膜6を介して覆い且つ第1及び第2の主面8、9の一部及び第3及び第4の側面12、13の一部も覆うように形成されている。第1及び第2の内部電極2、3は保護膜6の一部を破って外方向に突出し、第1及び第2の外部電極4、5に電気的に接続されている。第1及び第2の外部電極4、5は、焼付導体層14、15と、第1のメッキ層16、17と、第2のメッキ層18、19とから成る。焼付導体層14、15はAgペ−ストを塗布して焼付けたものから成る。第1のメッキ層16、17はNi(ニッケル)層であり、第2のメッキ層18、19はSn(スズ)層である。
【0014】
保護膜6は、セラミック素体1をメッキ液及び半田フラックスから守るものであって、セラミック素体1の全外周面即ち第1及び第2の主面8、9と第1〜第4の側面10〜13を覆うように形成されている。この保護膜6は、AlxOy、ここで、x及びyは任意の数値、で示すことができるアルミニウムの酸化物から成る。この保護膜6のAlxOyは、Al23をタ−ゲットとしてRF(高周数)スパッタリング、又はCVD即ち化学気相成長法によって形成することができ、xが2又は2よりも小さい値、yが3又は3よりも小さい値を有するものである。
本発明に従う保護膜6は、比較的良好な絶縁性、耐酸性及び緻密性を有し、且つ外部電極4、5に対して容易に溶融しない特性を有する。また、保護膜6は、焼付導体層14、15の形成時の第1及び第2の内部電極2、3の膨張による突出によって破ることができる厚み、好ましくは0.05〜2μm、より好ましくは0.1〜1.0μmを有する。
【0015】
シリコ−ン樹脂層7は、保護膜6の外部電極4、5で覆われていない部分を覆うように配置され、図6に説明的に拡大図示するように保護膜6の表面上のみならず保護膜6の内部及び保護膜6の欠陥部20にも充填されている。AlxOyから成る保護膜6とシリコ−ン樹脂層7との複合層部分は、耐酸性、絶縁性,緻密性においてAlxOy膜のみの場合よりも優れている。
【0016】
【第1の製造方法】
図1及び図2に示すZnOを主成分とする積層バリスタを作製する時には、まず、ZnOを主成分とするグリ−ンシ−トを用意する。即ち、主成分としてのZnOに対して副成分としてのPr611、CoO、CaCO3、SrCO3、SiO2、Al23を所望量添加したものを湿式ボ−ルミルで16時間混合し、乾燥してセラミック原料粉末を得た。
【0017】
次に、上記セラミック原料粉末に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤を加えたものをボ−ルミルで20時間混合してスラリ−を作成した。
【0018】
次に、上記のスラリ−を使用して周知のシ−ト作成ドクタ−ブレ−ド法によりPETフイルム上に厚さ30μmのグリ−ンシ−トを作成し、所定寸法にカットした。
【0019】
内部電極2、3を形成するために、Pd粉末と溶剤と有機バインダ−とから成るPdペ−ストを用意し、カットしたグリ−ンシ−ト上にPdペ−ストを所定パタ−ンに印刷し、図2及び図3に示すセラミック素体1と内部電極2、3との積層体が得られるようにPdペ−ストを印刷したグリ−ンシ−トと印刷しないグリ−ンシ−トとを積層し、加熱圧着した後に所定の形状にカットしてグリ−ンチップを作成した。
【0020】
次に、グリ−ンチップに対して300℃、2時間の脱バインダ−処理を施し、しかる後、1200℃で2時間空気中即ち酸化性雰囲気中で焼成して燒結体磁器から成るセラミック素体1を得た。なお、セラミック素体1の第1及び第2の側面10、11には図3に示すように内部電極2、3が露出している。
【0021】
次に、内部電極2、3を含むセラミック素体1の表面を周知のバレル研磨法によって平滑にする。
【0022】
次に、セラミック素体1を周知のドラム回転式RFスパッタ装置に入れ、Al23をタ−ゲットとしてスパッタを行い、図3に示すようにセラミック素体1の全外周面にアルミニウムの酸化物から成る保護膜6を形成する。保護膜6は、AlxOy、ここで、x及びyは任意の数値、で示すアルミニウム化合物から成る。なお、x及びyはx≦2、y≦3から選択された任意の数値であることが望ましい。保護膜6は、セラミック素体1を保護するために耐酸性、絶縁性、及び緻密性を有し、且つ内部電極2、3の突き出しを許すものである。上記の条件を満足させるために保護膜6の厚みを好ましくは0、05〜2μmの範囲、より好ましくは0.1〜1.0μmの範囲にする。スパッタ工程の前にセラミック素体1をバレル研磨して凹凸の少ない表面を得ているので、保護膜6がセラミック素体1上に良好に形成される。
【0023】
次に、外部電極4、5の焼付導体層14、15を形成するために、Ag(銀)粉末と溶剤と有機バインダ−とガラスフリットとから成る周知のAgペ−ストを用意し、Agペ−ストを保護膜6を介してセラミック素体1の第1及び第2の側面10、11の全部と、第1及び第2の主面8、9と第3及び第4の側面12、13の一部に塗布し、空気中において好ましくは500〜800℃から選択された720℃の温度で約8分間焼付け処理を施し、図4に示す焼付導体層14、15を得る。ところで、内部電極2、3を構成しているPdは加熱によって酸化し、しかる後還元するという性質を有する。このため、Agペ−ストの焼付処理を空気中又は酸化性雰囲気中で行うと、Pdの酸化によって内部電圧2、3の体積膨張が生じ、内部電極2、3が第1及び第2の側面10、11から突き出して保護膜6を破り、Ag導体層14、15に接触し、合金化層を形成し、内部電極2、3とAg導体層14、15との電気的接続が成立する。この焼付処理においてAlxOyから成る保護膜6は、導体層14、15に溶融せずに残存する。保護膜6がAg導体層14、15とセラミック素体1との間に残存していることはEPMA分析法即ち電子プロ−ブ微小分析法によって確認されている。
【0024】
次に、保護膜6の緻密性を高めるために、樹脂、例えばシリコ−ン樹脂をトルエン等の溶剤で希釈した溶液の中に保護膜6を有するセラミック素体1を入れ、保護膜6の空隙に樹脂を充填し、また、保護膜6に図6に示すような欠陥部19がある場合にはここに樹脂を充填し、しかる後、風乾及び熱硬化処理を行うことによってシリコ−ン樹脂層7を形成する。
【0025】
次に、外部電極導体層14、15の上に形成されたシリコ−ン樹脂層を除去する。外部電極層14、15の上に樹脂層が形成されない時にはこの工程を省くことができる。
【0026】
次に、周知のバレルメッキ法によってNiから成る第1のメッキ層16、17とSnから成る第2のメッキ層18、19とを順次に形成し、図2のセラミック素子を完成させる。
【0027】
【第2の製造方法】
前述の第1の製造方法では、保護膜6をRFスパッタで形成したが、CVD即ち化学気層成長法によって形成することができる。CVDで保護膜6を形成する時には、周知のCVD成膜装置のプレ−ト上に内部電極2、3を伴ったセラミック素体1を配置し且つ好ましくは400〜600℃、より好ましくは500℃程度に加熱し、トリ−ポロポキシアルミニウム+N2から成る原料ガスを吹き付けてAlxOyから成る保護膜6を形成する。保護膜6の厚さは好ましくは0.05〜2μm、より好ましくは0.1〜1μm、最も好ましくは0.2〜0.5μmとする。保護膜6の形成以外は第1の製造方法と同一である。
【0028】
保護膜6の好ましい厚みの範囲を求めるために保護膜6の厚みを0〜2.5μmの範囲で変化させて、保護膜6の欠陥の発生率(%)と半田リフロ−後のIR(絶縁抵抗)の変化率(%)、外部回路に対する接続の不良率(%)を求めた。
以下詳しく説明する。
【0029】
保護膜6の欠陥発生は、第1及び第2のAg導体層14、15の相互間の保護膜6の欠陥部に対してメッキ液が浸入してセラミック素体1に至るか否かで判定した。従って保護膜欠陥発生率はメッキ伸び発生率と呼ぶこともできる。この保護膜欠陥発生率を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表1に示す結果が得られた。
【0030】

Figure 0004637440
【0031】
樹脂層7を設けない場合における保護膜欠陥発生率を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表2に示す結果が得られた。
【0032】
Figure 0004637440
【0033】
保護膜6と樹脂層7との両方を有する積層バリスタを回路基板に半田リフロ−で固着した時の第1及び第2の外部電極4、5間のIR(絶縁抵抗)の変化率(%)を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表3の結果が得られた。なお、IRの変化率とはリフロ−前のIRとリフロ−後のIRとの割合を示す。
【0034】
Figure 0004637440
【0035】
樹脂層7を設けないで保護膜6のみを設けた積層バリスタを回路基板に半田リフロ−で固着した時の第1及び第2の外部電極4、5間のIRの変化率(%)を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表4の結果が得られた。
【0036】
Figure 0004637440
【0037】
保護膜6と樹脂層7とを有する積層バリスタの回路基板に対する半田リフロ−による接続のコンタクト不良率(%)を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表5の結果が得られた。
【0038】
Figure 0004637440
【0039】
樹脂層7を設けないで保護膜6のみを設けた積層バリスタの回路基板に半田リフロ−による接続のコンタクト不良率(%)を保護膜6の厚みを変えて測定したところ、次の表6の結果が得られた。
【0040】
Figure 0004637440
【0041】
上記表1〜表6から、保護膜6の厚みは0.05〜2μmであることが好ましく、0.1〜1μmがより好ましいことが判る。なお、上記表1〜表6には、保護膜6をRFスパッタで形成した場合が示されているが、保護膜6をCVDで形成した場合も表1〜表6と同様な結果が得られた。
【0042】
本実施形態は次の効果を有する。
(1) AlxOyから成る保護膜6が、セラミック素体1の外部電極4、5が形成されていない部分のみでなく、外部電極4、5の下にも設けられている。
従って、外部電極4、5の形成部分と形成されていない部分との境界における保護が良好に達成される。即ち、第1及び第2のメッキ層16、17、18、19を形成する時の処理液のセラミック素体1への浸入、及びバリスタの回路基板への実装時における半田フラックスのセラミック素体1への侵入を良好に防ぎ、セラミック素体1のIR特性等の劣化を防ぐことができる。
(2) 内部電極2、3と外部電極4、5との電気的接続が、Ag導体層14、15の焼付時の内部電極2、3の突き出しによって達成されているので、この電気的接続を容易に達成することができる。
(3) AlxOyの保護膜6の上にシリコ−ン樹脂層7を形成し、保護膜6の空隙に樹脂を充填しているので、保護機能を大幅に向上させることができる。
(4) 保護膜6をRFスパッタ法又はCVD法で作るので、目的とする保護膜6を比較的容易に作ることができる。
【0043】
【変形例】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) 内部電極2、3の材料は、Pdと同様な作用を得ることができるものであれば別のものでもよい。また、内部電極2、3はPdを主成分とし、別の金属を副成分として含むものでもよい。
(2) 保護膜6は、本発明の要求を満たすことができるものであれば、AlxOy以外の物質でもよい。
(3) 外部電極4、5の導体層14、15はAg以外の例えばAg−Pdペ−スト等であってもよい。
(4) AlxOy保護膜6とシリコ−ン樹脂層7との複合構成は、外部電極4、5の下に保護膜6を設けない構成のセラミック素子の保護層としても適用できる。
(5) ZnOバリスタ以外のセラミック積層コンデンサ、セラミック積層サ−ミスタ等のセラミック素子にも本発明を適用できる。
(6) 樹脂層7をシリコ−ン以外の同様な機能を有する高分子樹脂とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に従うZnO積層バリスタを示す平面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】セラミック素体に保護膜を形成したものを示す断面図である。
【図4】Ag導体層を形成したものを示す断面図である。
【図5】シリコ−ン樹脂層7を形成したものを示す断面図である。
【図6】図5の保護膜6とシリコ−ン樹脂層7との一部を説明的に拡大して示す図である。
【符号の説明】
1 セラミック素体
2、3 内部電極
4、5 外部電極
6 保護膜
7 シリコ−ン樹脂層
8、9 主面
10、11、12、 13 側面
14、15 Ag導体層
16、17 第1のメッキ層
18、19 第2のメッキ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing method of a ceramic element such as ZnO multilayer varistor.
[0002]
[Prior art]
The ZnO multilayer varistor includes an element body mainly composed of ZnO, one internal electrode embedded in the element body and led out to one side surface of the element body, and embedded in the element body and formed on the other side surface of the element body. The other internal electrode is formed, one external electrode disposed on one side surface of the element body, and the other external electrode disposed on the other side surface of the element body. The external electrode includes a conductive layer formed by applying and baking a conductive paste and a metal layer formed by plating on the conductive layer in order to improve solderability.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since the ZnO particles of the ZnO laminated varistor are made into semiconductors, they are easily dissolved in acid and easily cause oxygen defects. For this reason, the insulation resistance of the varistor, that is, the deterioration of the IR occurs due to the reducing action of the solder flux when forming the plating layer of the external electrode and mounting the varistor element on the circuit board.
This kind of deterioration can be prevented to some extent by forming a protective film having acid resistance, insulation and denseness on the exposed surface of the ceramic body. However, in the conventional ceramic element, since the protective film is formed only on the exposed surface of the ceramic body, the plating solution and the solder flux may enter from the boundary between the protective film and the external electrode, which may cause deterioration. there were.
As mentioned above, the conventional ZnO multilayer varistor has been described, but there is a similar problem also in other ceramic elements such as a ceramic multilayer capacitor and a ceramic multilayer thermistor.
There is also a problem that a good quality protective film cannot be easily formed.
[0004]
An object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic element which can be satisfactorily achieved to prevent deterioration. Another object of the present invention is to provide a method for producing a ceramic element which can be easily formed a high-quality protective film.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the above object, the present invention provides:
An internal electrode formed of Pd or Pd-Ag embedded in the ceramic body and having a property of volume expansion by heating so as to have a ceramic body and an end face exposed at a part of the outer peripheral surface of the ceramic body Preparing a ceramic element chip comprising:
A protective film made of an oxide of aluminum that covers the entire outer peripheral surface of the ceramic body and has a thickness of 0.05 to 2 μm and that can be expressed by AlxOy, where x and y are arbitrary numerical values. And a process of
Applying an external electrode paste so as to cover a part of the outer peripheral surface of the ceramic body through the protective film;
The external electrode pair - to form a result external electrode baking at a temperature in the range of strike the 500 to 800 ° C. the internal electrodes at the same time by volume expansion defeating portion of the protective film by the internal electrode, the internal And a step of electrically connecting the electrode and the external electrode. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic element.
[0006]
According to a second aspect of the present invention, it is desirable to further include a step of forming a metal layer on the surface of the external electrode by a plating method.
According to a third aspect of the present invention, there is further provided a step of forming a silicone resin layer so as to cover a portion of the protective film that is not covered with the external electrode, and a metal is formed on the surface of the external electrode by plating. And a step of forming a layer.
Moreover, it is desirable to form the protective film by a high frequency sputtering method.
Further, as shown in claim 5, it is preferable to form the protective film by chemical vapor layer deposition.
[0007]
The ceramic body according to the present invention includes various known ceramic bodies for varistors, ceramic bodies for capacitors, ceramic bodies for thermistors, and the like.
The internal electrode according to the present invention is preferably a Pd or palladium electrode, but other electrode materials such as a Pd-Ag electrode may also be used.
The protective film according to the present invention is preferably an oxide of aluminum that can be represented by AlxOy, provided that it has a protective function and can protrude the internal electrode and remains under the external electrode, Another material may be used.
The external electrode according to the present invention is formed of a material that does not absorb the protective film by reacting with the protective film.
The resin layer according to the present invention is preferably a silicone resin layer, but may be a polymer resin having a similar function.
[0008]
【The invention's effect】
According to the first to fifth aspects of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) The entire outer peripheral surface of the ceramic body has a thickness of 0.05 to 2 μm except for the portion broken by the protrusion of the internal electrode, and AlxOy, where x and y are arbitrary numerical values. The protective film is made of an oxide of aluminum, and the protective film is also interposed between the external electrode and the ceramic body. For this reason, it is possible to satisfactorily prevent the intrusion of the plating solution, the solder flux and the like at the boundary between the external electrode and the ceramic body, which may occur in the conventional ceramic element.
(2) Since the protective film made of AlxOy having a thickness of 0.05 to 2 μm is broken by the protrusion of the internal electrode made of Pd or Pd-Ag , the protective film interferes with the electrical connection between the internal electrode and the external electrode. Without this, electrical connection between the internal electrode and the external electrode is easily achieved .
According to the third aspect of the present invention, it is possible to satisfactorily prevent intrusion of a substance that causes deterioration by a combination of a protective film made of AlxOy and a silicone resin.
[0009]
Embodiment
Next, a ZnO multilayer varistor as a ceramic element according to the embodiment will be described with reference to FIGS.
[0010]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, this varistor can obtain varistor characteristics, a porcelain element body, that is, a ceramic element body 1, first and second inner electrodes 2, 3, and first and second elements. The external electrodes 4 and 5, the protective film 6, and the silicon resin layer 7 are formed.
[0011]
The ceramic body 1 is made of, for example, a grease formed by adding subcomponents such as Pr 6 O 11 , CoO, CaCO 3 , SrCO 3 , SiO 2 , and Al 2 O 3 to a main component composed of, for example, ZnO. -A sheet made of laminated and fired unsintered ceramic sheets and has varistor characteristics. The ceramic body 1 is a hexahedron or long body having first and second main surfaces 8 and 9 facing each other and first, second, third and fourth side surfaces 10, 11, 12, and 13. It is a cuboid.
[0012]
The two first internal electrodes 2 and the two second internal electrodes 3 are embedded in the ceramic body 1 so as to face each other through a part of the ceramic body 1. The first internal electrode 2 has an end surface exposed from the first side surface 10 of the ceramic body 1. The second internal electrode 3 has an end surface exposed from the second side surface 11 of the ceramic body 1. The first and second inner electrodes 2 and 3 are made of Pd, that is, palladium.
[0013]
The first and second external electrodes 4, 5 cover the first and second side surfaces 8, 9 of the ceramic body 1 facing each other through the protective film 6, and the first and second main surfaces 8, 9. And part of the third and fourth side faces 12 and 13 are also formed. The first and second inner electrodes 2, 3 break a part of the protective film 6 and protrude outward, and are electrically connected to the first and second outer electrodes 4, 5. The first and second external electrodes 4, 5 are composed of baked conductor layers 14, 15, first plating layers 16, 17, and second plating layers 18, 19. The baked conductor layers 14 and 15 are made by applying and baking Ag paste. The first plating layers 16 and 17 are Ni (nickel) layers, and the second plating layers 18 and 19 are Sn (tin) layers.
[0014]
The protective film 6 protects the ceramic body 1 from the plating solution and the solder flux. The entire outer peripheral surface of the ceramic body 1, that is, the first and second main surfaces 8 and 9 and the first to fourth side surfaces. 10 to 13 are formed. The protective film 6 is made of an oxide of aluminum which can be expressed by AlxOy, where x and y are arbitrary numerical values. AlxOy of the protective film 6 can be formed by RF (high frequency) sputtering using Al 2 O 3 as a target, or CVD, that is, chemical vapor deposition, where x is 2 or less than 2, y has a value of 3 or less than 3.
The protective film 6 according to the present invention has relatively good insulating properties, acid resistance and denseness, and does not easily melt with respect to the external electrodes 4 and 5. Further, the protective film 6 has a thickness that can be broken by the protrusion due to the expansion of the first and second internal electrodes 2, 3 when forming the baked conductor layers 14, 15, preferably 0.05-2 μm, more preferably 0.1 to 1.0 μm.
[0015]
The silicon resin layer 7 is disposed so as to cover a portion of the protective film 6 that is not covered with the external electrodes 4 and 5, and is not only on the surface of the protective film 6 as illustrated in an enlarged manner in FIG. The inside of the protective film 6 and the defective part 20 of the protective film 6 are also filled. The composite layer portion of the protective film 6 made of AlxOy and the silicone resin layer 7 is superior to the case of only the AlxOy film in acid resistance, insulation and denseness.
[0016]
[First manufacturing method]
When producing the laminated varistor mainly composed of ZnO shown in FIGS. 1 and 2, first, a green sheet mainly composed of ZnO is prepared. Namely, ZnO as a main component and Pr 6 O 11 , CoO, CaCO 3 , SrCO 3 , SiO 2 , and Al 2 O 3 as desired components added in a desired amount are mixed in a wet ball mill for 16 hours. And dried to obtain a ceramic raw material powder.
[0017]
Next, a slurry was prepared by mixing an organic binder, an organic solvent, and an organic plasticizer with the ceramic raw material powder for 20 hours using a ball mill.
[0018]
Next, using the above slurry, a green sheet having a thickness of 30 μm was prepared on a PET film by a known sheet preparation doctor blade method and cut into a predetermined size.
[0019]
In order to form the internal electrodes 2 and 3, a Pd paste comprising Pd powder, a solvent and an organic binder is prepared, and the Pd paste is printed on a predetermined pattern on the cut green sheet. A green sheet printed with Pd paste and a green sheet not printed so as to obtain a laminate of the ceramic body 1 and the internal electrodes 2 and 3 shown in FIGS. After laminating and thermocompression bonding, the chip was cut into a predetermined shape to produce a green chip.
[0020]
Next, the green chip is subjected to a binder removal treatment at 300 ° C. for 2 hours, and then fired in air, that is, in an oxidizing atmosphere at 1200 ° C. for 2 hours, to form a ceramic body 1 composed of sintered ceramics. Got. The internal electrodes 2 and 3 are exposed on the first and second side faces 10 and 11 of the ceramic body 1 as shown in FIG.
[0021]
Next, the surface of the ceramic body 1 including the internal electrodes 2 and 3 is smoothed by a known barrel polishing method.
[0022]
Next, the ceramic body 1 is put into a well-known drum rotating RF sputtering apparatus, and sputtering is performed using Al 2 O 3 as a target. As shown in FIG. 3, aluminum is oxidized on the entire outer peripheral surface of the ceramic body 1. A protective film 6 made of a material is formed. The protective film 6 is made of an aluminum compound represented by AlxOy, where x and y are arbitrary numerical values. Note that x and y are preferably arbitrary numerical values selected from x ≦ 2 and y ≦ 3. The protective film 6 has acid resistance, insulation, and denseness to protect the ceramic body 1 and allows the internal electrodes 2 and 3 to protrude. In order to satisfy the above conditions, the thickness of the protective film 6 is preferably in the range of 0, 05 to 2 μm, more preferably in the range of 0.1 to 1.0 μm. Since the ceramic body 1 is barrel-polished before the sputtering step to obtain a surface with less unevenness, the protective film 6 is satisfactorily formed on the ceramic body 1.
[0023]
Next, in order to form the baked conductor layers 14 and 15 of the external electrodes 4 and 5, a well-known Ag paste comprising Ag (silver) powder, a solvent, an organic binder, and glass frit is prepared. The first and second side surfaces 10 and 11 of the ceramic body 1 and the first and second main surfaces 8 and 9 and the third and fourth side surfaces 12 and 13 through the protective film 6 4 and is baked in air at a temperature of 720 ° C. selected preferably from 500 to 800 ° C. for about 8 minutes to obtain the baked conductor layers 14 and 15 shown in FIG. By the way, Pd constituting the internal electrodes 2 and 3 has the property of being oxidized by heating and then reduced. For this reason, when the baking process of Ag paste is performed in air or in an oxidizing atmosphere, volume expansion of internal voltages 2 and 3 occurs due to oxidation of Pd, and the internal electrodes 2 and 3 are connected to the first and second side surfaces. 10 and 11, the protective film 6 is broken, contacts the Ag conductor layers 14 and 15, forms an alloying layer, and electrical connection between the internal electrodes 2 and 3 and the Ag conductor layers 14 and 15 is established. In this baking process, the protective film 6 made of AlxOy remains in the conductor layers 14 and 15 without melting. It is confirmed by EPMA analysis, that is, electron probe microanalysis, that the protective film 6 remains between the Ag conductor layers 14 and 15 and the ceramic body 1.
[0024]
Next, in order to improve the denseness of the protective film 6, the ceramic body 1 having the protective film 6 is placed in a solution obtained by diluting a resin, for example, a silicone resin with a solvent such as toluene. If the protective film 6 has a defective portion 19 as shown in FIG. 6, it is filled with resin, and then air-dried and heat-cured to perform a silicone resin layer. 7 is formed.
[0025]
Next, the silicon resin layer formed on the external electrode conductor layers 14 and 15 is removed. This step can be omitted when the resin layer is not formed on the external electrode layers 14 and 15.
[0026]
Next, first plating layers 16 and 17 made of Ni and second plating layers 18 and 19 made of Sn are sequentially formed by a well-known barrel plating method to complete the ceramic element of FIG.
[0027]
[Second manufacturing method]
In the first manufacturing method described above, the protective film 6 is formed by RF sputtering, but can be formed by CVD, that is, chemical vapor deposition. When the protective film 6 is formed by CVD, the ceramic body 1 with the internal electrodes 2 and 3 is arranged on a plate of a known CVD film forming apparatus, and preferably 400 to 600 ° C., more preferably 500 ° C. A protective film 6 made of AlxOy is formed by heating to a certain degree and spraying a source gas made of tri-polopooxyaluminum + N2. The thickness of the protective film 6 is preferably 0.05 to 2 μm, more preferably 0.1 to 1 μm, and most preferably 0.2 to 0.5 μm. Except for the formation of the protective film 6, it is the same as the first manufacturing method.
[0028]
In order to obtain the preferable thickness range of the protective film 6, the thickness of the protective film 6 is changed in the range of 0 to 2.5 μm, the defect occurrence rate (%) of the protective film 6 and the IR (insulation after solder reflow) Resistance) change rate (%), connection failure rate (%) to external circuit.
This will be described in detail below.
[0029]
The occurrence of a defect in the protective film 6 is determined by whether or not the plating solution enters the defective part of the protective film 6 between the first and second Ag conductor layers 14 and 15 and reaches the ceramic body 1. did. Therefore, the protective film defect occurrence rate can also be called the plating elongation occurrence rate. When the protective film defect occurrence rate was measured by changing the thickness of the protective film 6, the results shown in the following Table 1 were obtained.
[0030]
Figure 0004637440
[0031]
When the protective film defect occurrence rate in the case where the resin layer 7 was not provided was measured by changing the thickness of the protective film 6, the results shown in the following Table 2 were obtained.
[0032]
Figure 0004637440
[0033]
Change rate (%) of IR (insulation resistance) between the first and second external electrodes 4 and 5 when a laminated varistor having both the protective film 6 and the resin layer 7 is fixed to the circuit board by solder reflow. When the thickness of the protective film 6 was measured, the results shown in Table 3 below were obtained. The change rate of IR indicates the ratio of IR before reflow and IR after reflow.
[0034]
Figure 0004637440
[0035]
Protection of IR change rate (%) between the first and second external electrodes 4 and 5 when a laminated varistor having only the protective film 6 without the resin layer 7 is fixed to the circuit board by solder reflow When measurement was performed while changing the thickness of the film 6, the results shown in Table 4 below were obtained.
[0036]
Figure 0004637440
[0037]
When the contact failure rate (%) of the connection of the multilayer varistor having the protective film 6 and the resin layer 7 to the circuit board by solder reflow was measured while changing the thickness of the protective film 6, the result of the following Table 5 was obtained. It was.
[0038]
Figure 0004637440
[0039]
When the contact failure rate (%) of the connection by the solder reflow to the circuit board of the laminated varistor provided with only the protective film 6 without providing the resin layer 7 was measured while changing the thickness of the protective film 6, the following Table 6 Results were obtained.
[0040]
Figure 0004637440
[0041]
From Table 1 to Table 6, it can be seen that the thickness of the protective film 6 is preferably 0.05 to 2 μm, more preferably 0.1 to 1 μm. In Tables 1 to 6, the case where the protective film 6 is formed by RF sputtering is shown. However, when the protective film 6 is formed by CVD, the same results as in Tables 1 to 6 are obtained. It was.
[0042]
This embodiment has the following effects.
(1) The protective film 6 made of AlxOy is provided not only in the portion where the external electrodes 4 and 5 of the ceramic body 1 are not formed, but also under the external electrodes 4 and 5.
Therefore, the protection at the boundary between the part where the external electrodes 4 and 5 are formed and the part where the external electrodes 4 and 5 are not formed is satisfactorily achieved. That is, the ceramic body 1 of the solder flux at the time of forming the first and second plated layers 16, 17, 18, 19 into the ceramic body 1 and mounting the varistor on the circuit board. It is possible to prevent the ceramic element body 1 from deteriorating, such as the IR characteristics.
(2) The electrical connection between the internal electrodes 2 and 3 and the external electrodes 4 and 5 is achieved by the protrusion of the internal electrodes 2 and 3 when the Ag conductor layers 14 and 15 are baked. Can be easily achieved.
(3) Since the silicon resin layer 7 is formed on the AlxOy protective film 6 and the voids in the protective film 6 are filled with the resin, the protective function can be greatly improved.
(4) Since the protective film 6 is made by the RF sputtering method or the CVD method, the target protective film 6 can be made relatively easily.
[0043]
[Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications are possible.
(1) The material of the internal electrodes 2 and 3 may be different as long as it can obtain the same action as Pd. The internal electrodes 2 and 3 may contain Pd as a main component and another metal as a subcomponent.
(2) The protective film 6 may be a substance other than AlxOy as long as it can satisfy the requirements of the present invention.
(3) The conductor layers 14 and 15 of the external electrodes 4 and 5 may be Ag-Pd paste or the like other than Ag.
(4) The composite structure of the AlxOy protective film 6 and the silicone resin layer 7 can also be applied as a protective layer of a ceramic element having a structure in which the protective film 6 is not provided under the external electrodes 4 and 5.
(5) The present invention can also be applied to ceramic elements such as ceramic multilayer capacitors and ceramic multilayer thermistors other than ZnO varistors.
(6) The resin layer 7 can be a polymer resin having a similar function other than silicon.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a ZnO multilayer varistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a ceramic body in which a protective film is formed.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an Ag conductor layer formed thereon.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a silicon resin layer 7 formed thereon.
6 is a diagram illustrating a part of the protective film 6 and the silicone resin layer 7 in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic body 2, 3 Internal electrode 4, 5 External electrode 6 Protective film 7 Silicon resin layer 8, 9 Main surface 10, 11, 12, 13 Side surface 14, 15 Ag conductor layer 16, 17 1st plating layer 18, 19 Second plating layer

Claims (5)

セラミック素体と前記セラミック素体の外周面の一部に露出する端面を有するように前記セラミック素体に埋設され且つ加熱によって体積膨張する性質を有するPd又はPd−Agで形成されている内部電極とを備えたセラミック素子チップを用意する工程と、
前記セラミック素体の全外周面を覆い且つ0.05〜2μmの厚みを有し且つAlxOy、ここで、x及びyは任意の数値、で示すことができるアルミニウムの酸化物から成る保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を介して前記セラミック素体の外周面の一部を覆うように外部電極ペ−ストを塗布する工程と、
前記外部電極ペ−ストを500〜800℃の範囲の温度で焼付けることによって外部電極を形成すると同時に前記内部電極を体積膨張させて前記内部電極によって前記保護膜の一部を破り、前記内部電極と前記外部電極との間を電気的に接続する工程と
を有していることを特徴とするセラミック素子の製造方法。
An internal electrode formed of Pd or Pd-Ag embedded in the ceramic body and having a property of volume expansion by heating so as to have a ceramic body and an end face exposed at a part of the outer peripheral surface of the ceramic body Preparing a ceramic element chip comprising:
A protective film made of an oxide of aluminum that covers the entire outer peripheral surface of the ceramic body and has a thickness of 0.05 to 2 μm and that can be expressed by AlxOy, where x and y are arbitrary numerical values. And a process of
Applying an external electrode paste so as to cover a part of the outer peripheral surface of the ceramic body through the protective film;
The external electrode pair - to form a result external electrode baking at a temperature in the range of strike the 500 to 800 ° C. the internal electrodes at the same time by volume expansion defeating portion of the protective film by the internal electrode, the internal A method of manufacturing a ceramic element, comprising: electrically connecting an electrode and the external electrode.
更に、メッキ法によって前記外部電極の表面上に金属層を形成する工程を有していることを特徴とする請求項1記載のセラミック素子の製造方法。2. The method of manufacturing a ceramic element according to claim 1 , further comprising a step of forming a metal layer on the surface of the external electrode by a plating method. 更に、前記保護膜の前記外部電極によって覆われていない部分を被覆するようにシリコーン樹脂層を形成する工程と、
メッキ法によって前記外部電極の表面上に金属層を形成する工程と
を有していることを特徴とする請求項記載のセラミック素子の製造方法。
And a step of forming a silicone resin layer so as to cover a portion of the protective film not covered by the external electrode;
Method for manufacturing a ceramic element according to claim 1, characterized in that it comprises a step of forming a metal layer on a surface of the external electrode by plating.
前記保護膜を高周波スパッタ方法で形成することを特徴とする請求項1記載のセラミック素子の製造方法。2. The method of manufacturing a ceramic element according to claim 1, wherein the protective film is formed by a high frequency sputtering method. 前記保護膜を化学気相成長法で形成することを特徴とする請求項1記載のセラミック素子の製造方法。2. The method of manufacturing a ceramic element according to claim 1, wherein the protective film is formed by a chemical vapor deposition method.
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